生物高分子的单分子物理研究

许多生物大分子通过机械力来调控其结构与生物功能。它们能够产生,感应,传递和响应力学信号,并且做出相应的构象变化。单分子力谱被广泛地用于表征这些生物分子在其生理环境下的构象变化,从而研究机械力对结构和功能的调控作用。我们将在这一综述中,总结不同生物大分子力谱与其结构之间的对应关系,和各种相互作用对生物大分子力学性能的贡献和调控。这些研究也使得基于原子力显微镜的单分子力谱成为一个多功能的研究工具,把传统的生物化学和生物物理拓展到单分子层面。     

一种用于碳纳米管模拟的分子结构力学方法

提出一种基于分子力学的分子结构力学方法,该方法用分子力学中的力场势能函数表述系统的势能,从能量原理出发,在小变形假设的基础上建立系统方程．基于此方法,模拟了单壁碳纳米管的拉伸特性,得到碳纳米管弹性模量的尺度依赖性关系．在碳纳米管的弯曲分析中,将计算结果和材料力学中的理论结果进行了比较,发现随着碳纳米管半径的增大,计算结果与理论值趋于一致．     

富勒烯聚合物的分子模型预测

采用分子图形软件编辑设计出Ｃ６０的可能聚合构型（Ｃ１１８，Ｃ１２８，Ｃ１３８，Ｃ１７８及Ｔｄ，Ｄ６ｄ，Ｄ５ｄ和Ｄ２ｄ点群的Ｃ１２０分子），对它们进行分子力学优化，并计算出Ｃ１２０分子的各种聚合形式力学能量值，从中可看出以单链连接的哑铃状结构的Ｃ６０二聚体稳定存在的可能性很少。而经离解重组的笼状结构体系能量较低，文章还进一步讨论并描绘了Ｃ６０聚合过程中可能经历的结构重组过程与机理。     

基于TorchMD的粗粒化分子动力模拟研究

粗粒化模型通过简化原子性质以及原子间的相互作用实现生物大分子长时间尺度的分子动力学模拟. 深度学习通过模拟人类的认知过程实现海量数据的准确分类和回归过程. 本论文将这两种技术进行融合,利用基于深度学习的粗粒化分子动力学模拟技术研究分子在不同状态之间的变化过程,并提出基于TorchMD的分子动力学模拟的分析框架. 在本工作中,MFDP聚类算法被用于在三维的CV变量空间中进行聚类,并确定分子的若干主要状态,在完成聚类的同时,给出各类中的代表分子构象,并给出类之间的分子构象. 这为后续利用String算法分析分子在不同状态间的转换路径打下基础. 通过String算法,迭代搜索得到分子在不同状态之间的变化路径以及对应的势能变化曲线. 通过与已有文献的结果进行对比,验证了基于TorchMD的粗粒化分子动力学模拟的理论框架可以在相对较短的时间尺度里研究分子的变化过程.     

甘氨酸在纳米碳管中的吸附及性质的分子模拟

采用分子力学、分子动力学方法模拟研究了甘氨酸分子在单壁纳米碳管中的吸附和扩散行为 ,并对甘氨酸分子在纳米碳管中的构象和能量进行了优化 .模拟计算结果表明 ,甘氨酸在纳米碳管中的构象发生了伸缩和扭转 ,这种构象的改变将会导致氨基酸生物性能的改变 ;纳米碳管对氨基酸分子具有较强的吸附作用 ,其中纳米碳管和甘氨酸分子之间的π -π相互作用增加了纳米碳管对氨基酸的吸附能 .模拟过程中氨基酸分子和纳米碳管之间的运动会保持很强的协同效应 ,使模拟体系构型在能量上处于最稳定的状态     

分子射线中分子的频率分布

由麦克斯韦速率分布率导出分子射线中分子按频率分布 ,并给出了分子射线中分子按频率分布中的三个特征频率、分界动能和分界温度。     

双原子分子轨道能级的台劳展开与应用

在双原子分子轨道能级台劳展开的基础上,给出了2~n个同核原子体系的分子轨道能级的解析表达式,该式仅涉及双中心积分,对简化量子化学计算有一定价值。     

电场作用下C60富勒烯二聚体分子的几何构型与失效

采用分子力学与量子力学相结合的方法,模拟了电场作用下C60富勒烯二聚体(2C60)分子的几何构型与失效行为,讨论了三种不同方向外加电场对2C60分子几何变形、构型失效、电荷分布与极化偶极矩的影响,并与电场作用下C60富勒烯分子的几何变形与失效行为进行了对比.研究结果表明,2C60分子的几何变形与失效行为与外加电场的方向密切相关.当外加电场与2C60分子的桥接C-C键平行时,2C60分子很容易发生失效,且失效形式也十分独特.     

分子力对气体输运系数的影响

在气体输运过程中,把气体分子看作有引力的弹性球,研究了分子力对气体输运系数的影响,对普通物理中的气体动理论给出的输运系数与气体温度的关系进行了修正,使之更接近于实验结果.     

分子激光光谱学的进展

本文综述了激光分子光谱学的进展，指出了进行该领域研究的重要性，简略地介绍了它所涉及的几个重要方面，其中包括高分辨率激光分子光谱学、分子光谱的简化、光泵分子受激辐射光谱学、分子高激发态光谱学和分子的灵敏探测等．